Порошки, композиционные материалы

Страница: 3/7

или методы деформации.

Для прессования заготовок с ориентированными волокнам» целесообразнее использование метода изостатического прессова ния заготовки в гибких оболочках; это позволяет максимально сохранить заданное распределение волокон в материале.

Спекание. Наличие второй фазы в порошковой заготовю в виде непрерывных или дискретных волокон определяет необыч ное поведение материала при спекании. Теория спекания двух!

152

фазной порошковой смеси, содержащей сферические, недеформи­руемые частицы одного из компонентов, была развита В. В. Ско­роходом [75]. Процессы же спекания систем, содержащих волок­нистую компоненту, точнее описывает теория, развитая Л. И. Тучинским [85]. На основе представлений о спекании, как о реологическом процессе вязкого деформирования твердого тела, им описана кинетика уплотнения армированных систем. Полу­ченное в этой работе дифференциальное уравнение уплотнения при спекании матрицы композиционного материала имеет вид

dQ _ о а (1-6)^(1-^9) О» ,^ dt r„fto 4-(3+^в) 1-бн' \ /

t где 9„ = 9,, ехр (-Зт); т == -|- ^ J -^-.

* о °

Принятые обозначения: т — приведенное время; 9 и 9у —по­ристость армированной и неармированной матрицы соответствен­но; Од — исходная пористость матрицы; Уд — объемная доля волокон в монолитной композиции; о — поверхностное натяжение вещества матрицы; Гц — средний радиус частиц порошка; hy — коэффициент сдвиговой вязкости монолитной матрицы.

Разделив переменные и произведя интегрирование, можно получить кинетическое уравнение уплотнения матрицы армиро­ванного материала при спекании:

6 -Go

(l-6)(l-6o) i l-V

+

(i--Уве) (i-eo)

(1-Ув6о)(1-6)

^ 1 —>/BO»J_^_Oo). == 4 In - ГП—i——I/ о \ . '"'

1 — 6o ехр (—Зт) '

(65)

Анализ этого уравнения показывает, что усадка матрицы при спекании происходит равномерно по всему объему и не зависит от расстояния от поверхности волокна.

Важно отметить, что в отличие от процессов спекания неар­мированных систем, в которых возможно достижение теорети­чески любой сколь угодно малой остаточной пористости, при спекании армированных композиций существует предельно до* стижимое значение пористости 9„, ниже которого уплотнение матрицы невозможно. Очевидно, что 9оо может быть получено из уравнения (65) при т —> оо.

^_ е~-е« , 3 _in C-^M(i-e„) ^41пл-йд). (66) 7Г-е„)(1-е„) + 1-^в (i-vW(i-eoo) *t ч о/ ^ s

Полученное трансцендентное уравнение может быть решено числовыми методами. На рис. 67 представлена зависимость пре-

153

дельно достижимой величины пористости от объемной доли волокон (при Од = 0,5). Уравнение (66) может быть записано в виде

9~-бо | з 1 (1-Уве)(1-е„) _^ 1-е, (i-e)(i-9o) ' i-Ув (1-Увво)(1-е) " 1-е„ \0''

с учетом того, что 6 о ехр (—Зт) == 9ц.

Это соотношение устанавливает зависимость между пористо­стью неармированного материала и пористостью матрицы арми­рованного материала 9 в один и тот же текущий момент при усло­вии их одинаковой исходной пористости 9д.

На рис. 68 показана зависимость пористости от приведенного времени спекания т; очевидно, что скорость уплотнения армиро­ванного материала уменьшается с повышением концентрации волокон. Отношение скорости уплотнения армированной компо­зиции к скорости уплотнения неармированного материала мо­жет быть представлено в виде

de/dt ^ (i-e)(i-^e) 1 ,дп.

dQu/dt 4—(3+Ув)6 1 — 9о ехр (—Зт) \и '

при Уд + 0.

Полученное уравнение позволяет по известным эксперимента­льным или теоретическим кривым уплотнения неармированного материала построить кинетические кривые спекания армирован­ного порошкового материала.

Реферат опубликован: 18/10/2007